RU2109205C1

RU2109205C1 - Gas main line emergency cutoff device

Info

Publication number: RU2109205C1
Application number: RU96104573A
Authority: RU
Inventors: В.С. Рачук; В.А. Иванов; М.П. Левицкий
Original assignee: Конструкторское бюро химавтоматики
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1996-03-06
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: gas transportation; main line controls. SUBSTANCE: cylinder charging member is made in form of spring- loaded valve with mechanical drive connected with clockwork. Device is provided with gas turbine to compress charging member spring. Torque on gas turbine is built owing to pressure difference in shutoff cock. Device has ball shutoff 1 with servodrive 2, gas cylinder 3 charged with gas through spring-loaded valve 4 engaging with cam drive coupled with clockwork 6. Clockwork spring 7 is connected with shaft of gas turbine 8. Space of cylinder 3 is connected with space of sensitive member 12 engaging with differential rod 14. Rod has shutoff 17 from side of seat 18, thus providing overlapping of passage for gas into servodrive piston space. EFFECT: enhanced reliability of; operation. 4 cl, 2 dwg

Description

Устройство относится к области управления газовыми магистралями и может найти применение в системах их аварийного перекрытия. The device relates to the field of gas mains management and can be used in emergency shutdown systems.

В современных системах транспортирования различных рабочих газовых сред и, в первую очередь, природного газа техника безопасности требует установки через определенные интервалы пути трубопровода устройств аварийного перекрытия магистрали в случае нарушения ее работоспособности и главное - нарушения герметичности. Определение не разрыва трубопровода, а только течи по современным требованиям должно быть зафиксировано за время порядка нескольких минут (не более 3), после чего поврежденная магистраль за считанные секунды перекрывается специально устанавливаемым в этих целях запорным клапаном с сервоприводом, использующим в качестве энергии привода давление газа в магистрали. In modern transportation systems for various working gas media and, first of all, natural gas, safety measures require the installation of emergency shut-off devices at certain intervals in the pipeline in the event of a breakdown in its operability and, most importantly, a leakage. The determination of not rupture of the pipeline, but only leaks according to modern requirements, should be recorded for a time of the order of several minutes (no more than 3), after which the damaged line is closed in a matter of seconds by a shut-off valve specially installed for this purpose with a servo-drive using gas pressure as the drive energy in the highway.

Известно устройство, содержащее баллон, соединенный с газовой магистралью через жиклер, систему клапанов, датчиков, связанных с баллоном и магистралью, исполнительный клапан, обеспечивающий перекрытие магистрали [1] - прототип. Для получения сигнала о наличии течи используется рассогласование в уровнях давления в баллоне и в самой магистрали в случае его падения. Данное рассогласование давлений воспринимается чувствительным элементом, который через систему различных датчиков, клапанов и т.д. обеспечивает подвод рабочей среды к сервоприводу, воздействующему на исполнительный клапан, наиболее часто выполняемый с шаровым затвором. A device is known that contains a cylinder connected to the gas line through the nozzle, a system of valves, sensors associated with the cylinder and the line, an actuating valve that provides overlapping of the line [1] - prototype. To obtain a signal about the presence of a leak, a mismatch is used in the pressure levels in the cylinder and in the line itself in the event of a drop. This pressure mismatch is perceived by a sensitive element, which through a system of various sensors, valves, etc. provides a supply of the working medium to the servo actuator acting on the actuating valve, most often performed with a ball valve.

Данное устройство имеет два существенных недостатка. Первый связан с тем, что система управления реагирует на абсолютную величину рассогласования давлений в баллоне и в магистрали, а отсюда и невозможность учета временного фактора и выдвижения каких-либо требований к быстродействию системы. Заданная настроечная величина рассогласования давлений может быть получена при любых диаметрах баллона, жиклера и принятом времени. Таким образом, она не исключает появление ложного сигнала, связанного с условиями подключения к магистрали различных потребителей. Система аварийного перекрытия газовой магистрали (САПМ) совершенно не учитывает динамику работы трубопровода, а только статические процессы. Любая величина разницы в уровнях давлений в баллоне и магистрали может быть получена при различных градиентах падения давления в них, но за разный промежуток времени. А современная система диагностики требует учета градиента падения давления в магистрали, при превышении величины которого и должно происходить срабатывание аварийного клапана. This device has two significant drawbacks. The first is due to the fact that the control system responds to the absolute value of the pressure mismatch in the cylinder and in the line, and hence the impossibility of taking into account the time factor and putting forward any requirements for the system’s speed. The preset value of the pressure mismatch can be obtained for any diameter of the cylinder, nozzle and the accepted time. Thus, it does not exclude the appearance of a false signal related to the conditions for connecting various consumers to the highway. The system of emergency shutdown of the gas pipeline (SAPM) completely does not take into account the dynamics of the pipeline, but only static processes. Any value of the difference in pressure levels in the cylinder and the line can be obtained with different gradients of pressure drop in them, but for a different period of time. A modern diagnostic system requires taking into account the gradient of the pressure drop in the line, if it is exceeded, the emergency valve should be triggered.

Второй основной недостаток прототипа заложен в принципиальной схеме системы и связан с тем, что основные параметры САПМ определяются геометрическими параметрами жиклера, через который постоянно осуществляется и подпитка баллона, и его опорожнение. А это сопровождается и заращиванием жиклера, коррозией и т.д. Так как САПМ должна функционировать 8 - 12 лет при высокой степени надежности, обеспечить стабильность ее параметров практически не представляется возможным. Указанная система аварийного перекрытия магистрали громоздка, сложна и содержит большое количество различных устройств, снижающих надежность ее функционирования. Кроме того, для функционирования известных аварийных систем нужен электрический источник энергии, что неосуществимо на магистральных трубопроводах, проложенных в пустынных местах. The second main disadvantage of the prototype is laid down in the system’s schematic diagram and is connected with the fact that the main SAPM parameters are determined by the geometrical parameters of the nozzle, through which the cylinder is constantly fed and emptied. And this is accompanied by the overgrowth of the nozzle, corrosion, etc. Since SAPM should function for 8-12 years with a high degree of reliability, it is practically impossible to ensure the stability of its parameters. The specified emergency shutdown system is cumbersome, complex, and contains a large number of different devices that reduce the reliability of its operation. In addition, the functioning of known emergency systems requires an electric energy source, which is not feasible on pipelines laid in desert places.

Задачей данного изобретения является устранение указанных недостатков и создание системы аварийного перекрытия магистрали, лишенной указанных недостатков, а именно не содержащей жиклера в линии, соединяющей баллон с магистралью, не требующей электрического источника энергии, позволяющей учитывать градиент падения давления в магистрали, а не абсолютную величину его снижения, уменьшить количество устройств системы и упростить их конструкцию. The objective of the invention is to remedy these shortcomings and create an emergency shut-off system for the line, devoid of these shortcomings, namely, without a nozzle in the line connecting the cylinder to the line, not requiring an electric energy source, allowing to take into account the gradient of the pressure drop in the line, and not its absolute value reduce, reduce the number of devices in the system and simplify their design.

Указанная задача достигается тем, что в устройстве, содержащем исполнительный клапан с сервоприводом, чувствительный элемент, баллон с линиями питания, соединяющими его с газовой магистралью и полостью чувствительного элемента, элемент запитки баллона газом, магистрали с вентилями для подвода и сброса газа из полостей сервопривода, согласно изобретению, устройство снабжено часовым механизмом, а элемент запитки баллона выполнен в виде подпружиненного клапана с механическим приводом, соединенным с часовым механизмом. This task is achieved by the fact that in a device containing an actuating valve with a servo actuator, a sensing element, a cylinder with power lines connecting it to the gas line and the cavity of the sensing element, a gas cylinder feeding element, lines with valves for supplying and discharging gas from the servo cavities, according to the invention, the device is equipped with a clock mechanism, and the cylinder feeding element is made in the form of a spring-loaded valve with a mechanical actuator connected to the clock mechanism.

Для привода часового механизма устройство содержит газовую турбину, с валом которой связана его пружина, а входная и выходная полости турбины соединены соответственно с входной и выходной полостями шарового затвора, при этом в выходной полости турбины установлен обратный клапан. To drive the clock mechanism, the device contains a gas turbine, with a spring connected to its shaft, and the inlet and outlet cavities of the turbine are connected respectively to the inlet and outlet cavities of the ball valve, and a check valve is installed in the outlet cavity of the turbine.

Сервопривод снабжен подпружиненным дифференциальным штоком, взаимодействующим торцовой поверхностью большего диаметра с чувствительным элементом и седлом, в штоке выполнен осевой канал, соединенный с пружинной полостью штока и через полость чувствительного элемента - с газовой магистралью, а полости размещения штока со стороны большего и меньшего диаметров соединены соответственно с рабочей и дренажной полостями сервопривода. При этом площадь седла равна дифференцированной площади штока. The servo-drive is equipped with a spring-loaded differential rod interacting with a larger diameter end surface with a sensing element and a seat, an axial channel is made in the rod connected to the spring cavity of the rod and through the cavity of the sensing element is connected to the gas line, and the stem cavity from the side of the larger and smaller diameters are connected, respectively with working and drainage cavities of the servo drive. In this case, the area of the saddle is equal to the differentiated area of the stem.

Указанная совокупность признаков обеспечивает при осуществлении изобретения технический результат, а именно надежное аварийное перекрытие газовой магистрали по градиенту падения давления за требуемый промежуток времени без использования посторонних источников энергии за счет установки на линии запитки баллона вместо жиклера подпружиненного клапана с кулачковым приводом от часового механизма, привод которого осуществляется газовой турбиной, использующей в качестве рабочего тела магистральный газ. The specified set of features provides the technical result during the implementation of the invention, namely, reliable emergency shutdown of the gas line by the pressure drop gradient for the required period of time without the use of extraneous energy sources due to the installation of a spring-loaded valve with a cam drive from the clockwork instead of the jet nozzle on the supply line, the drive of which is carried out by a gas turbine using main gas as a working fluid.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг.2 - схема привода подпружиненного клапана, где 1 - шаровой затвор; 2 - сервопривод; 3 - газовый баллон; 4 - подпружиненный клапан; 5 - кулачковый привод; 6 - часовой механизм; 7 - пружина часового механизма; 8 - газовая турбина; 9, 10 - магистрали подвода и отвода газа к турбине; 11 - обратный клапан; 12 - чувствительный элемент; 13 - магистраль подвода газа к чувствительному элементу; 14 - дифференциальный шток; 15, 16 - уплотнительные элементы; 17 - затвор; 18 - седло; 19 - полость размещения малого диаметра штока; 20, 21, 23, 24 - вентили; 22 - осевой канал в штоке. In FIG. 1 shows a diagram of a device; figure 2 - diagram of the actuator of the spring-loaded valve, where 1 is a ball valve; 2 - servo drive; 3 - gas cylinder; 4 - spring-loaded valve; 5 - cam drive; 6 - clockwork; 7 - a clockwork spring; 8 - gas turbine; 9, 10 - gas supply and exhaust lines to the turbine; 11 - check valve; 12 - a sensitive element; 13 - gas supply line to the sensing element; 14 - differential stock; 15, 16 - sealing elements; 17 - shutter; 18 - a saddle; 19 - the cavity of the placement of the small diameter of the rod; 20, 21, 23, 24 - valves; 22 - axial channel in the stock.

Устройство содержит шаровой затвор 1 с сервоприводом 2, газовый баллон 3, запитка которого давлением газа осуществляется через подпружиненный клапан 4, взаимодействующий с кулачковым приводом 5, связанным с часовым механизмом 6. Один из концов пружины 7 часового механизма жестко соединен с валом газовой турбины 8. Входная и выходная полости турбины подключены магистралями 9 и 10 соответственно к входной и выходной полостям шарового затвора. На магистрали 10 установлен обратный клапан 11. Полость баллона 3 соединена с полостью чувствительного элемента 12, к противоположной полости которого магистралью 13 подведено давление газа до места установки шарового затвора. The device comprises a ball valve 1 with a servo-driver 2, a gas cylinder 3, which is fed with gas pressure through a spring-loaded valve 4, which interacts with a cam drive 5 connected to the clock mechanism 6. One of the ends of the spring 7 of the clock mechanism is rigidly connected to the shaft of the gas turbine 8. The inlet and outlet cavities of the turbine are connected by highways 9 and 10, respectively, to the inlet and outlet cavities of the ball valve. A non-return valve 11 is installed on the line 10. The cavity of the cylinder 3 is connected to the cavity of the sensing element 12, to the opposite cavity of which the gas pressure 13 is supplied to the installation site of the ball valve.

Устройство снабжено дифференциальным штоком 14, взаимодействующим с чувствительным элементом, при этом больший и меньший диаметры штока загерметизированы уплотнительными элементами 15, 16, а торец штока со стороны большего диаметра снабжен затвором 17, который взаимодействует с седлом 18. перекрывая доступ газа к сервоприводу 2. Меньший диаметр штока помещен в полость 19, соединенную с пружинной полостью сервопривода и через вентили 20 и 21 соответственно - с газовой магистралью и окружающей средой. В штоке выполнен осевой канал 22 для подвода газа в пружинную полость. Дренаж газа из рабочей полости сервопривода осуществляется через вентиль 23. Для запитки баллона газом при запуске устройства установлен вентиль 24. The device is equipped with a differential stem 14 interacting with the sensing element, while the larger and smaller diameters of the stem are sealed with sealing elements 15, 16, and the end face of the stem from the larger diameter side is equipped with a shutter 17, which interacts with the seat 18. blocking gas access to the servo drive 2. Smaller the diameter of the rod is placed in the cavity 19, connected to the spring cavity of the servo drive and through the valves 20 and 21, respectively, with the gas main and the environment. An axial channel 22 is made in the rod for supplying gas to the spring cavity. Drainage of gas from the working cavity of the servo-drive is carried out through the valve 23. To supply the cylinder with gas when the device is started, valve 24 is installed.

Работа устройства происходит следующим образом. При его установке на магистраль через вентиль 24 осуществляют запитку газом баллона 3. Клапан 4 закрыт, часовой механизм не запущен. С шаровым затвором в положении последнего "Открыто" соединен сервопривод 2. Вентили 20 и 23 закрыты, вентиль 21 - открыт. После запитки баллона закрывается вентиль 24 и запускается часовой механизм 6, который обеспечивает оборот кулачкового привода 5 за время, согласно которому в соответствии с техническими требованиями идет опрос состояния газовой магистрали. Завод пружины 7 часового механизма осуществляется крутящим моментом, развиваемым газовой турбиной 8 за счет перепуска через нее рабочей среды магистрали, используя падение давления на шаровом затворе 1. При отсутствии течи или разрыва магистрального трубопровода значения давлений в баллоне и магистрали либо равны, либо отличаются за время, заложенное в периодичность опроса состояния системы, на допустимую величину, которая, воздействуя на чувствительный элемент 12, исключает его взаимодействие со штоком 14. Последний находится на упоре в седло 18, чем изолируется рабочая полость сервопривода 22 от давления газа. При этом вследствие подвода газа через осевой канал 22 в пружинную полость, выполнения седла 18 с площадью, равной дифференциальной площади штока, и размещения его малого диаметра в полости 19 с давлением окружающей среды (вентиль 21 открыт) шток разгружен от статических сил давления, а усилие его пружины определяется требованиями преодоления сил трения в уплотнительных элементах 15, 16 и созданием требуемых удельных давлений в паре "затвор-седло". При совершении кулачковым приводом одного оборота клапан 4 открывается, соединяя полость баллона с газовой магистралью и снова выравнивая уровни давления в них. The operation of the device is as follows. When it is installed on the highway through the valve 24, gas is supplied to the gas cylinder 3. The valve 4 is closed, the clock mechanism is not started. With the ball valve in the last "Open" position, servo drive 2 is connected. Valves 20 and 23 are closed, valve 21 is open. After the cylinder is energized, the valve 24 closes and the clock mechanism 6 starts, which ensures the rotation of the cam drive 5 during the time according to which, in accordance with the technical requirements, the gas line is polled. The plant of the spring 7 of the clock mechanism is carried out by the torque developed by the gas turbine 8 due to the bypass through it of the working medium of the line, using the pressure drop on the ball valve 1. In the absence of a leak or rupture of the main pipeline, the pressure values in the cylinder and line are either equal or differ in time embedded in the periodicity of the interrogation of the state of the system by an acceptable value, which, acting on the sensitive element 12, excludes its interaction with the rod 14. The latter is on the stop in edlo 18 than the isolated working chamber of the actuator 22 by the gas pressure. In this case, due to the supply of gas through the axial channel 22 into the spring cavity, the seat 18 with an area equal to the differential area of the stem, and the placement of its small diameter in the cavity 19 with ambient pressure (valve 21 is open), the rod is unloaded from static pressure forces, and the force its springs are determined by the requirements of overcoming the friction forces in the sealing elements 15, 16 and the creation of the required specific pressures in a pair of "shutter-seat". When the cam drive makes one revolution, valve 4 opens, connecting the cylinder cavity to the gas line and again equalizing the pressure levels in them.

В случае возникновения градиента падения давления в магистрали, соответствующего аварийному значению, перепад давления на чувствительном элементе 12 (разница в уровнях давления в баллоне и магистрали) приводит к его перемещению, а следовательно, и штока 14, при котором раскрывается затвор 17. Газ поступает в рабочую полость сервопривода 2, поворачивая кран 1 в положение "Закрыто". Из пружинной полости сервопривода газ (воздух) сбрасывается через вентиль 21 в окружающую среду. После закрытия затвора клапаном 4 выравниваются уровни давлений в баллоне и магистрали, чувствительный элемент возвращается в исходное положение, затвор 1 садится на седло 18, перекрывая доступ газа к поршню сервопривода 2. In the event of a gradient of pressure drop in the line corresponding to the emergency value, the pressure drop across the sensing element 12 (the difference in pressure levels in the cylinder and the line) leads to its movement, and, consequently, to the rod 14, at which the valve 17 opens. Gas enters the working cavity of the servo 2, turning the valve 1 to the "Closed" position. From the spring cavity of the servo, gas (air) is discharged through the valve 21 into the environment. After closing the shutter with valve 4, the pressure levels in the cylinder and line are aligned, the sensing element returns to its original position, the shutter 1 sits on the seat 18, blocking the gas access to the piston of the servo drive 2.

Для открытия шарового крана 1 после ликвидации аварии закрывается вентиль 21, открываются вентили 20 и 23. Под давлением газа поршень сервопривода перемещается в противоположную сторону, разворачивая кран в положение "Открыто". To open the ball valve 1 after the accident is closed, valve 21 closes, valves 20 and 23 open. Under gas pressure, the servo piston moves in the opposite direction, turning the valve to the "Open" position.

Для исключения протечки газа, проходящего через турбину 8, в полость за краном 1 в закрытом положении установлен обратный клапан 11. To prevent leakage of gas passing through the turbine 8, a check valve 11 is installed in the cavity behind the valve 1 in the closed position.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает перекрытие поврежденного участка магистрали по величине градиента падения давления за требуемый промежуток времени и способно функционировать без посторонних источников энергии, что повышает надежность функционирования системы при простоте конструкции. Thus, the proposed device provides the overlap of the damaged section of the pipeline by the magnitude of the gradient of the pressure drop for the required period of time and is able to function without extraneous energy sources, which increases the reliability of the system with simple design.

Claims

1. A device for emergency shutdown of the gas line, comprising an actuating valve with a servo drive, a sensing element, a cylinder with power lines connecting it to the gas line and the cavity of the sensing element, a line with valves for supplying and discharging gas from the servo cavities, characterized in that the device equipped with a cylinder feeding element, made in the form of a spring-loaded valve with a mechanical actuator, and a clockwork connected to it.

2. The device according to claim 1, characterized in that the servo drive is equipped with a spring-loaded differential rod interacting with an end surface of a larger diameter with a sensing element and a seat, an axial channel is made in the rod, connected to the spring cavity of the rod and through the cavity of the sensing element with a gas line, and the cavity of the rod from the side of the larger and smaller diameters are connected respectively with the working and drainage cavities of the servo.

3. The device according to claim 1, characterized in that the clock mechanism comprises a gas turbine with a shaft connected to a spring of the clock mechanism, and the inlet and outlet cavities of the turbine are connected respectively to the inlet and outlet cavities of the ball valve, while the reverse is installed in the turbine outlet valve.

4. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the area of the saddle is equal to the differentiated area of the rod.